JPH0570694B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、耐熱合金、特に、火力発電、原子
力発電、化学工業等において、高温用構造材料と
して使用される耐熱合金に関するものである。 〔従来の技術〕 エネルギーの利用効率の向上を目指して、例え
ば、火力発電用ボイラにおいては、その蒸気条件
の高温高圧化が推進されている。このためボイラ
の過熱器管には、、高温強度の高い材料が必要と
なつている。 従来の蒸気温度538℃のボイラにおいては、そ
の材料として、SUS304H、SUS321H、
SUS347H鋼が使用されている。しかし、蒸気温
度をさらに上昇させる場合には、これら18−８系
オーステナイトステンレス鋼では強度が不足す
る。 18−８系オーステナイトステンレス鋼に強化元
素を添加して強度の向上を図つた合金として、例
えば、17−14CuMo鋼、Esshete1250鋼、12R72
鋼が開発されている。しかし、これら合金は、ク
ロム含有量が16％程度と低く、しかも、Moなど
の耐食性に有害な強化元素の添加のために耐高温
腐食性に劣る。このため、これらの合金を、Ｓ含
有量の高い燃料を用いるボイラに使用する場合に
は、外側にクロマイズ処理を施すか、あるいは高
クロムの耐食材料をクラツドして耐食性の不足を
補なう必要がある。 このように、表面処理を行わない単管のままで
耐食性を併せ持つ合金としては、NCF800H合
金、これを改良した、特開昭59−70752号公報に
開示される合金、あるいは、特開昭61−174350号
公報に開示される合金、インコネル617、インコ
ロイ825等のNi基合金がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、高強度のオーステナイトステンレス鋼
は、上述したように、Cr含有量が低いので、耐
高温腐食性に劣る。これを向上させるために、表
面処理を施すとコスト高となる。しかも、表面処
理層の肉厚は薄いために長時間使用時の信頼性に
欠ける。二重管にした場合は、その製造コストが
単管の２倍程度のなり、きわめて高価である。 NCF800H合金および特開昭59−70752号公報
記載の合金は、比較的良好な耐食性を有するが、
高温強度は、ボイラは高温高圧化に耐え得る程高
くない。インコネル617、インコロイ825等のNi
基合金は、Co、Mo、Nb等の高価な強化元素を
多量に含有するので、高価である。 特開昭61−174350号公報記載の合金は、Cr含
有量が高いので、耐食性が優れているうえに、比
較的少量の強化元素の添加によつて高い強度を得
ている。しかし、より安価でより強い合金が強く
望まれている。 この発明の目的は、耐食性に優れ、強度が高く
しかも安価な耐熱合金を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、Ｃ：0.01〜0.20％、Si：0.5％以
下、Ni＋Co：30〜55％、Cr：20〜35％、Ti：
0.05〜0.5％、Al：0.05〜0.5％、Ni：0.04％以下、
Mo＋Ｗ：0.5〜3.0％を含有し、さらに、上記化
学成分に、Zr：0.002〜0.10％、および、Ｂ：0.01
％以下（以上重量％）のうちの少なくとも１種を
含有し、残部鉄および不可避不純物からなること
を特徴を有するものである。 この発明をさらに詳しく説明する。 オーステナイト系のステンレス鋼、耐熱合金に
おいては、従来から一般に次のことが知られてい
る。 Crの添加量を増大させると耐高温腐食性が
良くなるが、Ｃ、Mo、Ｗ、Nb等を添加する
と、耐高温腐食性が低下する。 Ｃ、Ｎ、Ti、Mo、Nb、Ｗ、Zr、Ｂ等を添
加すると、クリープ強度が高くなる。 クリープ強度を高める上機元素は、多くの場
合、靭性を低下させる。 このようなことから、耐熱材料に要求される性
能を同時に満たす元素の組み合わせを選択するこ
とはきわめて困難である。 そこで、本発明者等は、上述した３つの特性の
バランスを考慮した成分系で且つ実用可能で経済
的な耐熱合金を発明した。 次に、この発明において、化学成分を前述した
範囲に限定した理由について説明する。 Ｃ：Ｃは脱酸を行なうために添加するが、Ｃ含有
量が0.01％未満では所望の脱酸効果を得ること
が困難である。一方、Ｃ含有量が0.20％を超え
ると加工性が悪くなる。従つて、この発明にお
いては、Ｃ含有量を0.01〜0.20％の範囲に限定
した。 Si：Siは脱酸剤として必要な元素であるが、Si含
有量が0.5％を超えると、耐高温腐食性が劣化
する。従つて、この発明においては、Si含有量
を0.5％以下に限定した。 Ni：Niは高クロム合金のオーステナイト組織を
安定化させる作用を有するが、その含有量が30
％未満では上記作用に所望の効果が得られな
い。一方、55％を超えて含有させると経済性を
損う。なお、Coは必須元素ではないが、原料
から0.％程度混入することは避けられない。Co
はNiと同じ作用を有する。従つて、この発明
においては、Ni＋Coの含有量を30〜55％の範
囲に限定した。 Cr：Crは耐酸化性、耐高温腐食性を付与する作
用を有するが、その含有量が20％未満では、上
記作用に所望の効果が得られない。一方、35％
を超えて含有させるとσ相等が析出して著しく
靭性が劣化する。従つて、この発明において
は、Cr含有量を20〜35％の範囲の限定した。 Ti：Tiを0.05％以上含有させると高クロム合金
の高温強度を高めることができるが、0.5％を
超えて含有させると靭性を著しく劣化させる。
従つて、この発明においては、Ti含有量を0.05
〜0.5％の範囲に限定した。 Al：Alは熱間加工性を改善する作用を有するが、
その含有量が0.05％未満では上記作用に所望の
効果が得られない。一方、0.5％を超えて含有
させると、γ'相の析出要因となり、且つ、
Al₂O₃系の介在物が増加して加工時の疵の原因
となる。従つて、この発明においては、Al含
有量を0.05〜0.5％未満の範囲内に限定した。 Ｎ：Ｎは高温強度を改善する作用を有するが、そ
の含有量が0.04％を超えると、Ti、Zrにより高
温強度の改善効果が顕著に現われない。従つ
て、この発明においては、Ｎ含有量を0.04％以
下に限定した。 Mo＋Ｗ：Mo、Ｗは、何れも高クロム合金の高
温強度を高める作用を有するが、Mo＋Ｗ含有
量が0.5％未満では上記作用に所望の効果が得
られない。一方、Mo＋Ｗ含有量が3.0％を超え
て含有させると耐食性を劣化させる。ＷはMo
と同等の作用を有する。従つて、この発明にお
いては、Mo＋Ｗ含有量を0.5％〜3.0％の範囲
内に限定した。 この発明は、上記化学成分の他に、Zrおよ
びＢのうちの少なくとも１種を含有するが、こ
れらの限定理由について説明する。 Zr：Zrは熱間加工性を改善且つ高温強度を向上
させる作用を有するが、その含有量が0.002％
未満では上記作用に所望の効果が得られない。
一方、0.10％を超えて含有させる溶接性が劣化
する。従つて、この発明においては、Zr含有
量を0.020〜0.10％の範囲に限定した。 Ｂ：ＢはZrと同等の作用を有するが、その含有
量が、0.01％を超えると溶接性を害する。従つ
て、この発明においては、Ｂ含有量を0.01％以
下に限定した。 なお、この発明においては、例えば、特開昭61
−174350号公報に開示される合金と異なり、Mn
は添加しない。これは、この発明にかかる合金に
おいては、Mnは、固溶化熱処理時の炭化物の分
解に悪影響を及ぼして、高温強度が低下するから
である。 〔実施例〕 次に、この発明の実施例について説明する。 第１表に示される化学成分からなる50Kgのイン
ゴツトに熱延処理を施した後、1180℃mmで固溶処
理を施こした。そして、このようにして得た合金
材から試験片（直径６mm、GL（ゲージングス）30
mm）を切り出し、この試験片をクリープ試験およ
び時効後のシヤルピー試験に供した。なお、クリ
ープ試験は、試験片を750℃に加熱して10Kg／mm²
の張力を付与して行ない、時効後のシヤルピー試
験は、試験片に700℃、100時間の条件で時効処理
を施こした後、０℃、２mmのＶノツチで行なつ
た。

【表】

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、時効
後の靭性に優れ、高温強度が高く、しかも、耐高
温腐食性に優れた耐熱合金を安価に得ることがで
きるといつた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、吸収エネルギーと破断時間との関係
を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.01〜0.20％ Si：0.5％以下、 Ni＋Co：30〜55％、 Cr：20〜35％、 Ti：0.05〜0.5％、 Al：0.05〜0.5％、 Ｎ：0.04％以下、 Mo＋Ｗ：0.5〜3.0％、 を含有し、さらに、上記化学成分に、 Zr：0.002〜0.10％、および、 Ｂ：0.01％以下（以上重量％） のうちの少なくとも１種を含有し、 残部鉄および不可避不純物からなることを特徴
   とする耐熱合金。